[发明专利]一种具有层层组装结构的功能化一维纳米线/纳米链的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有层层组装结构的功能化一维纳米线/纳米链的制备方法，首先将表面有疏水柱状微阵列的印章与DNA溶液或高分子量聚合物溶液接触后，利用分子梳法用剥离或提拉的方式制备长度可达厘米至分米级的一维纳米线/纳米链；之后在一维纳米线表面进行层层组装，制备层层组装的功能性纳米线/纳米链。由于可方便的将具有功能性的聚合物、生物大分子及纳米粒子组装到纳米线上，该自支持一维功能性纳米线/纳米链有望在集成电路、传感器、信息存储、化学催化等领域获得应用。该方法克服了传统一维纳米线层层组装时步骤繁琐的缺陷，也不需要昂贵的设备，为一维功能性纳米线/纳米链的广泛应用提供了更广阔的空间。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体地说是一种具有层层组装结构的功能化一维纳米线/纳米链的制备方法。

相关背景

一维功能性纳米线在集成电路、传感器、信息存储、化学催化等领域有着广阔的应用前景。例如，在电子领域，一维功能性纳米线可制备二极管逻辑门、双极晶体管、场效应晶体管等；磁性纳米线可应用于信息存储材料，而其独特的一维结构更适合制备具有光电响应性的纳米线传感器。但传统的一维功能性纳米线制备方法或者制备繁复昂贵，制备后也存在着组装和图案化较为困难的为题，因此有必要进行一维功能性纳米线的制备研究。

传统的一维功能性纳米线制备方法既可以是自上而下“Top Down”的方法，也可以是自下而上“Bottom up”方法或是二者的组合。典型的“Top Down”的方法是刻蚀法，但即使是精度极高的光刻蚀法，也由于波长的限制，难以制备小于10纳米的纳米线。“Bottom up”方法很多，如汽-液-固生长法，激光辅助催化生长法，模板法等。模板法利用具有高长径比的材料为模板来制备功能性一维材料，而具有高长径比的天然高分子DNA是最典型的模板，利用DNA为模板进行金属纳米线、半导体纳米线的制备已有很多报道

DNA的取向可以用电泳拉伸、流体力学拉伸和分子梳法等。电泳拉伸法可以用电场强度、频率控制DNA的拉伸制备纳米线，流体力学拉伸可通过溶液粘度、流体速率控制DNA的拉伸制备DNA纳米线，但二者都需要将DNA进行修饰或固定后才能获得规整的DNA纳米线阵列。而分子梳法则是利用溶液液面退却时的表面张力拉伸DNA，无需对DNA进行修饰或固定就可获得纳米线。当在井状或柱状的图案化表面进行DNA分子梳法拉伸时，DNA可在柱状或井状图案化表面形成规整的纳米线阵列。

DNA纳米线的功能化已有很多报道。以DNA纳米线为模板直接进行蒸镀，或首先吸附功能性化合物的前驱体再进行还原、氧化、沉积等过程即可制得功能化的纳米线。也可以通过静电疏水作用等相互作用，将纳米材料等修饰在DNA纳米线上制备功能性纳米线/纳米链。但这些方法均存在以下问题：1)DNA难以进行多次修饰以具备多功能性，2)制得的功能性DNA纳米线难以图案化，3)难以制备沿链取向方向具有异质结构的一维纳米线/纳米链。

发明内容

本发明的目的为建立一种方便快捷的具有层层组装结构的图案化、功能化一维纳米线/纳米链的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的具有层层组装结构的功能化一维纳米线/纳米链取向结构的制备方法，具体步骤包括：

(1)将图案化疏水印章的有柱状微阵列的一面与DNA溶液或高分子量的聚合物溶液接触后，用剥离或提拉的方式，采用分子梳法在柱状微阵列表面制备一维纳米线/纳米链阵列；

(2)干燥后将疏水印章上表面具有一维纳米线阵列的一面与另一种具有与纳米线具有较强相互作用的聚合物/生物大分子溶液或功能性粒子悬浮液接触，之后用剥离或提拉的方式制备聚合物/聚合物或聚合物/纳米粒子一维复合物纳米线/纳米链阵列；

(3)重复步骤(1)、(2)即可制得层层组装的一维复合物纳米线/纳米链阵列。